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ATLAB 脚本进行最小二乘法拟合

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发表于 2023-12-31 16:12 |只看该作者 |倒序浏览
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这是一个 MATLAB 脚本,用于进行最小二乘法拟合。脚本首先要求用户输入已知点的 x 和 y 坐标,然后输入拟合的多项式次数 n。脚本使用最小二乘法拟合数据,并绘制了原始数据点和拟合曲线的图表。以下是对代码的主要部分的解释:9 W; D5 K& L: Q, s) O
function fp = fitpt()2 {5 h- {/ Y* I% a
    % 最小二乘* p& o( O3 ~% W( y  O
    % 基取 {1, x, ...}
0 x7 o1 T% X+ }: t9 w6 l* Y    % fitpt.m% h- n+ W+ f5 q

# `8 v2 C3 l, L1 b& w% L    % 默认算例为课本:P65,例3.2
" k3 Y& Z* c+ g4 `2 n0 |+ K* W+ M    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]
% J# P( c% Q* S" Y6 q3 P    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]
& a0 e7 `1 V; [7 S: b" t  [    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.6162
/ O3 w! `' J$ S/ w) q; X7 Y
' |% L/ c3 a  T1 T; s5 I! z5 ]" {    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)0 c2 d* w% h" x  z" @# W- p4 g
/ G0 E: a/ h' M- w6 T
    s = input('<最小二乘>\n输入已知点的x坐标:(回车表示[0,1,2,3,4,5,6,7])\n', 's');- w5 a- S' I- x- K; p
    if isempty(s)" Y! F( d. S5 ]! R7 @$ C
        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';" [. E$ y  ]7 \% J! ^
    else3 x: s* M/ R& b* t( f  S0 s
        if (s(1) ~= '[')
. B: e" H2 x" y$ R! I! y& h            s = strcat('[', s);
7 }) T  N" K+ d: v' e+ t            s = strcat(s, ']');' [; F4 i0 m7 e" A2 G
        end; B- @% U7 t; e. F- `9 q
    end
/ O8 x1 a9 U7 f, O7 h) O* X    x = sym(s);
1 j" d" u3 t8 y1 G1 p& g# \8 M) P5 r& F" `
    s = input('输入已知点的y坐标:(回车表示[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07])\n', 's');
4 ?$ g/ e) k1 ~2 R( u. _$ n% |    if isempty(s)3 k  ]# i8 c( ^4 j( W& J
        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';8 F- z* z" t2 p3 l% H0 z
    else( Q  @; U( ?6 B  t
        if (s(1) ~= '[')! `7 s  X5 f, n$ Q/ [2 U5 s" ?
            s = strcat('[', s);" k# D7 D- N* ?0 @3 ]- C1 e" p  e
            s = strcat(s, ']');0 |* b: X, K# @( W7 ^! {2 g
        end( x/ Z9 G. W: S- w9 U8 n) J4 g% k
    end
) Z7 M/ ~& X; D' D) o    y = sym(s);
7 C* I# W" V! h    sz = size(x);5 Z: O, W9 n' N8 q+ u7 m5 ~3 t
    sz = sz(2);
! p) T3 J0 X1 N    n = input('输入多项式次数n:');
  V5 u7 g. S. n3 p3 g1 C) @* e    if (n + 1 > sz)
" Y" D8 k/ C  F6 I) j8 U0 h6 G        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');
( F3 C9 n+ c- j0 r/ h) X% t    end
9 x, {  E" A0 C    if (n + 1 > sz)
. q% M5 x- w4 N# T5 X' a, t* g! }        error('多项式次数不能小于已知点个数!');8 X1 W: f% y7 Z3 v3 g) \- C. H0 i
    end
7 |0 Y: o  r4 q5 K: V    fp = s_fitpt_p(x, y, n);: ?' r( c& w0 Z; ]& Y) @# ^

4 L/ L9 J- x0 {4 Z  r5 F" {7 P/ W1 {    % 绘制原始数据点和拟合曲线
! ?/ L) }" L1 g0 K    plot(double(x), double(y), 'r*')7 X4 o8 u9 h  z1 {- ?
    hold on9 M. a6 h9 r4 w1 s* _6 p. ^0 Q
    a = double(x(1));
2 I, g( H: W4 Y3 S: l. u    b = double(x(sz));& d4 m" i& ~8 p" r
    x = a:abs(b - 1)/100:b;; \% i( J/ |& N2 l$ Z$ W
    y = subs(fp, x);) y% }4 B6 P. @
    plot(x, y)
* L- Z; j% N8 D; Iend
, q* d/ I- g: ?4 }7 n0 d, l' W
5 j& p; s0 Q* n* N( R%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%  @$ l$ A2 Q' K: g
8 \  o# a& H6 ?1 Y
function f = s_fitpt_p(x, y, n)
: f( O5 v1 t4 g0 k9 K    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法
9 U( C# I) K" [# L; e8 ~9 N5 q6 A5 y& T6 k/ z- l1 N* h- N# @' H
    sz = size(x);
5 P3 G# q5 b: c/ f  W  Z8 Q    sz = sz(2);
  a7 `2 p2 w" s    A = zeros(sz, n + 1);
) E9 w* H. U2 f    v = vh(n);/ _% y8 t- ~( u/ u$ z  s
    for i = 1:sz
/ s/ I' G: e9 }        A(i, = subs(v, double(x(i)));
# F% h" ]1 V( h, i- _6 _    end7 v0 h1 [  K9 ]. Q, \
    f = linsolve(A' * A, A' * y');
: ~! y7 q( y* S+ |    f = vpa(f, 4);6 J$ J% s  ^# m+ }1 a" W! T
    f = v * f;8 u3 n- l9 i, e2 u
end
1 T( E1 a( ?$ j( ]
( ?2 X2 [7 A; g' w! Q" n%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%. v! v/ L' k  a
$ b2 v! b  u! T6 I  x9 z7 t
function v = vh(n)2 A' ~  x0 P) q
    % Create vector in horizontal style, such as 1 U. S3 n  D% K+ ^# \) N: x) h: P
    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]  c8 K! A# H2 s$ c, U

( p, U6 p! h5 t* W5 S4 B# m    if (n < 0 || n > 9), {# p3 m2 E5 L+ Q5 t7 y( p
        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]')
  j+ C4 u: ^& c7 Z    end
' M9 E. r4 W4 A' U: Q/ C* Z    s = '';
7 U: E4 b7 Y! M7 \: M  a+ ?, Z8 h- s& n6 v    for i = 0:n; W- g5 S2 t  I, @. u* K1 l
        s = strcat(s, ',x^');2 ^. c/ Q8 Y! x" e# @2 y% k; P
        s = strcat(s, num2str(i));
, }0 `1 P& n+ j    end# g- q* K7 r) A0 q. H
    s(1) = '[';
, R, E3 T3 q1 S  G+ j2 v' C) i    sz = size(s);
5 o  ~* y  F" `( m: D8 D    s(sz(2) + 1) = ']';- J& @' k& C: [; `$ v) a

) v6 g( j. R% l4 R3 |& R    v = simplify(sym(s));
6 t. B) w/ P4 m$ xend
$ ^/ q% d) K$ H1 b3 H5 ]; F
4 P6 Z' v0 ]2 }; Q8 {这个脚本首先获取用户输入的已知点的 x 和 y 坐标,然后使用最小二乘法进行拟合。最后,脚本绘制了原始数据点和拟合曲线的图表。  Y9 r  R. y7 p# {! b2 {( ?

4 r: N9 {: w- N5 Y8 N) }" F* X' J7 R9 L# X+ R2 a
zan
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